CN112832957B - 主轴承浮动性能监测系统、方法及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主轴承浮动性能监测系统、方法及风力发电机组，所述系统包括：位移传感器和数据处理模块；所述位移传感器安装于主轴承端面，用于实现所述主轴承的轴向位移的测量；所述数据处理模块用于对所述位移传感器的测量信号进行处理，获得所述主轴承的轴向位移数据，实现对所述主轴承浮动性能的监测。本发明通过对现有风力发电机组的驱动链系统中运行的主轴承浮动性能的监测，解决现有技术中主轴承因浮动性能受到影响而影响风机稳定运行的问题。

Description

主轴承浮动性能监测系统、方法及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电机驱动链系统技术领域，特别涉及一种用于风力发电机驱动链的主轴承浮动性能监测系统、方法及风力发电机组。

背景技术

电能是现代社会工业生产与日常生活中的主要设备驱动能源之一，其获取方式分为几大种类，利用风力发电就是其中较为常见的一种，且这种方式对环境造成的影响小，更加清洁，因此被广泛运用。在进行风力发电时需要用到风力发电机组，风力发电机组的基本工作原理是利用风力带动叶轮旋转，再由驱动链系统将叶轮的转速通过齿轮箱等增速装置进行提升，来促使发电机发电，发出的电能经过处理后并入电网或者利用储能装置储存。

在半直驱风力发电机组中，驱动链前接风机叶轮、后接发电机，进行扭矩及转速的传递。通过驱动链的动力传递，带动发电机转子旋转实现风能、机械能到电能的转化。主轴承作为驱动链重要零部件，起到支撑低速主轴，并随低速主轴进行旋转，同时进行动力传递的作用。浮动性能为半直驱发电机组低速主轴固有属性，由于主轴与主轴承内圈过盈配合，通过对主轴承浮动性能的监测，间接实现对主轴浮动性能监测，对提高机组正常运行具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于风力发电机驱动链的主轴承浮动性能监测系统，通过对现有风力发电机组的驱动链系统中运行的主轴承浮动性能的监测，解决现有技术中主轴承因浮动性能受到影响而影响风机稳定运行的问题。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种主轴承浮动性能监测系统，包括：位移传感器和数据处理模块；

所述位移传感器安装于主轴承端面，用于实现所述主轴承的轴向位移的测量；

所述数据处理模块用于对所述位移传感器的测量信号进行处理，获得所述主轴承的轴向位移数据，实现对所述主轴承浮动性能的监测。

进一步的，在双主轴承结构的风力发电机组中，所述位移传感器安装于前主轴承后端面。

进一步的，对于已安装完成的主轴承，将前主轴承后端盖上3点和/或9点位置处的排脂管替换为开设有第一安装孔的观测盖板，通过所述第一安装孔，将所述位移传感器安装于前主轴承后端面。

进一步的，对于未完成后端盖安装的前主轴承，在前主轴承后端盖上开设第二安装孔，并在后端盖安装完成后，通过所述第二安装孔，将所述位移传感器安装于前主轴承后端面。

进一步的，在前主轴承后端盖上开设四个所述第二安装孔，通过四个所述第二安装孔，在前主轴承后端面上安装四个所述位移传感器，其中，四个所述第二安装孔分别位于前轴承后端盖上3点与6点位置之间、6点与9点位置之间、9点与12点位置之间、0点与3点位置之间。

进一步的，所述数据处理模块包括数据采集板卡和工控机；

所述数据采集板卡分别与所述位移传感器和所述工控机连接，用于根据所述位移传感器的测量信号获得所述主轴承的轴向位移数据，并传输给所述工控机；

所述工控机用于对所述主轴承的轴向位移数据进行分析，评估所述主轴承浮动性能。

进一步的，所述主轴承浮动性能监测系统还包括工装夹具，用于对所述数据采集板卡进行固定，所述工装夹具安装于机舱踏板。

进一步的，所述数据处理模块包括风机主控系统和远程工作平台；

所述风机主控系统用于根据所述位移传感器的测量信号获得所述主轴承的轴向位移数据，并传输至所述远程工作平台；

所述远程工作平台用于对所述主轴承的轴向位移数据进行分析，评估所述主轴承浮动性能。

一种主轴承浮动性能监测方法，采用如上文任一项所述的主轴承浮动性能监测系统实现，包括以下步骤：

S1、所述位移传感器对所述主轴承的轴向位移进行测量，并将测量信号传输给所述数据处理模块；

S2、所述数据处理模块对所述测量信号进行处理，获得所述主轴承的轴向位移数据，实现对所述主轴承浮动性能的监测。

进一步的，所述主轴承浮动性能监测方法还包括：

将所述主轴承的轴向位移数据与预先构建的主轴承浮动性能数据库进行对比，判断所述主轴承的浮动性能是否丧失；

其中，所述主轴承浮动性能数据库根据对多台正常运行的风力发电机组的主轴承进行浮动性能检测的数据构建。

一种风力发电机组，包括如上文任一项所述的主轴承浮动性能监测系统。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明通过安装在主轴承端面的位移传感器实现对主轴承轴向位移的测量，通过数据处理模块对位移传感器的测量信号进行处理，获得所述主轴承的轴向位移，从而实现对风力发电机组的驱动链系统中主轴承的浮动性能进行监测，进而能够实现及时调整主轴承的运行状态，避免主轴承因浮动性能受到影响而影响风机稳定运行，提高风机运行质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明一实施例提供的主轴承浮动性能监测系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的位移传感器的安装方式的示意图；

图3为本发明一实施例提供的主轴承浮动性能监测方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

本发明的核心思想在于通过开发浮动性能监测系统，对风力发电机组(以下简称风机)驱动链的主轴承的浮动性能进行监测，可在主轴承浮动性能受到影响前期，进行影响因素排查，采取对应措施，避免后续主轴承因浮动性能受到影响而影响风机稳定运行。

鉴于此，本发明提供的主轴承浮动性能监测系统包括：位移传感器和数据处理模块，所述位移传感器安装于主轴承端面，用于实现所述主轴承的轴向位移的测量；所述数据处理模块用于对所述位移传感器的测量信号进行处理，获得所述主轴承的轴向位移数据，实现对所述主轴承浮动性能的监测。需要说明的是，风力发电机组按有无齿轮箱可分为直驱型风力发电机组和半直驱风力发电机组，本发明所述的主轴承浮动性能监测系统适用于半直驱风力发电机组(即双主轴承结构的风力发电机组)。为便于安装和维护，所述位移传感器优选安装于前主轴承后端面。当然，所述位移传感器也可以安装在其他能够检测主轴承轴向位移的位置，本发明对此不作限定。

图1为本发明一实施例提供的主轴承浮动性能监测系统的结构示意图。如图1所示，所述位移传感器2安装于前主轴承后端面，用于实现所述主轴承的轴向位移的测量。所述数据处理模块包括数据采集板卡3和工控机5，所述数据采集板卡3分别与所述位移传感器2和所述工控机5连接，用于根据所述位移传感器2的测量信号获得所述主轴承的轴向位移数据，并传输给所述工控机5，所述工控机5用于对所述主轴承的轴向数据位移进行分析，评估所述主轴承浮动性能。

进一步的，所述监测系统还包括工装夹具4，用于对所述数据采集板卡3进行固定，所述工装夹具4固定于机舱踏板。优选的所述工装夹具4可通过磁铁吸附的方式固定于机舱踏板上，在其他实施例中所述工装夹具4也可以安装在其他位置，只要能够保证稳定固定数据采集板卡3即可。

本实施例中，对于正在运行或已完成安装的风机，由于前主轴承座为密封腔体，为配合位移传感器2安装，只有通过前主轴承后端盖进行安装。但是如果现场对风机前主轴承后端盖打孔，易导致加工孔碎屑进入前主轴承座腔体，对前主轴承产生污染，加剧前主轴承磨损，进而导致前主轴承失效。因此可通过对前主轴承后端盖上的观测盖板或排脂管进行重新设计来满足位移传感器2的安装要求。前主轴承后端盖有0点、3点、6点、9点四个位置，其中0点、6点为观测位置安装有观测盖板，3点、9点为排脂管安装位置，若在0点及6点位置安装位移传感器2会与零部件存在干涉关系，故选择将3点和/或9点位置的排脂管替换为观测盖板1，用于位移传感器2的安装，如图1所示，选择3点位置的排脂管替换为观测盖板1用于传感器安装。由于位移传感器2需与主轴承外圈端面进行接触进行浮动性能测量，故需对观测盖板1进行打孔处理，提前加工带有第一安装孔的观测盖板1，对现场风机中3点和/或9点位置的排脂管进行替换，然后通过所述第一安装孔将所述位移传感器2安装于前主轴承后端面，使所述位移传感器2与前主轴承的外圈端面贴紧。在对观测盖板1打孔时，需要保证第一安装孔位对准轴承端面，具体的，需结合前主轴承外圈宽度尺寸，对所述第一安装孔进行孔位调整，保证位移传感器2与主轴承外圈端面的中心重合。优选的，可同时对前主轴承后端盖3点及9点位置的观测盖板均更换为具有第一安装孔的观测盖板1，从而在所述前主轴承后端面上安装两个位移传感器2，对前主轴承浮动性能进行监测，提高监测结果的准确性。此外，所述第一安装孔为内螺纹孔，所述位移传感器2外部具有外螺纹，内外螺纹配合对所述位移传感器2进行固定，且所述位移传感器2与前主轴承的外圈端面贴紧。

本实施例提供的主轴承浮动性能监测系统结构简单，在将位移传感器2安装至前主轴承后端面后，再固定安装工装夹具4对数据采集板卡3进行定位，连接位移传感器2、信号采集板卡3和工控机5，所述工控机5中安装有信号采集软件，启动信号采集软件进行浮动性能监测。风机运行时，前主轴承轴向浮动，由于位移传感器2与主轴承轴向贴紧，因此位移传感器2会随前主轴承一起轴向移动，位移传感器2将采集到的电压信号传输给数据采集板卡3，数据采集板卡3将电压信号转换为位移数据并传输给工控机5，工控机5对位移数据进行分析以评估所述主轴承的浮动性能，例如当检测到位移数据减小时，则判定所述主轴承浮动性能变差，需要对主轴承的运行状态进行调整。具体调整方式为现有技术，在此不做赘述。

由此可见，本实施例结合前主轴承后端盖位置附近的零件，选用前主轴承后端盖3点或9点位置的观测盖板1作为安装位置，对于该位置的观测盖板1进行重新设计，加工传感器安装孔位，同时保证安装孔位对准轴承端面。本实施例所述的位移传感器2安装方式特别适用于对已在风场运行的风机的主轴承浮动性能监测(目前已在风场运行的风机由于成本原因并未安装用于检测浮动性能的位移传感器)，此种安装方式仅需要对现有的已运行风机更换具有第一安装孔的观测盖板1即可实现在主轴承端面安装位移传感器2，几乎不增加风机的运行成本。当一个风机的主轴承检测完毕后，再将整个监测系统用于另一个风机的主轴承浮动性能检测，因此本实施例提供的主轴承浮动性能监测系统具有良好的成本优势。

图2为本发明另一实施例提供的所述位移传感器的安装方式的示意图。与图1所示实施例的区别在于，本实施例中，对前主轴承后端盖进行打孔以实现位移传感器的安装。本实施例所述的位移传感器的安装方式特别适用于未吊装的风机，同时未完成驱动链安装、未完成前主轴承后端盖安装的情形。具体的，如图2所示，在前主轴承后端盖21上开设第二安装孔22，并在后端盖安装完成后，通过所述第二安装孔22，将所述位移传感器安装于前主轴承后端面。优选的，可在前主轴承后端盖21上开设四个所述第二安装孔22，通过四个所述第二安装孔11，在前主轴承后端面上安装四个所述位移传感器，以实现对主轴承浮动性能的稳定检测。如图2所示，四个所述第二安装孔分别位于前主轴承后端盖21上3点与6点位置之间、6点与9点位置之间、9点与12点位置之间、0点与3点位置之间。在对前主轴承后端盖21打孔时，需要保证第二安装孔位对准轴承端面，进而保证位移传感器与主轴承外圈端面的中心重合。此外，所述第二安装孔为内螺纹孔，所述位移传感器外部具有外螺纹，内外螺纹配合对所述位移传感器进行固定，且所述位移传感器与前主轴承的外圈端面贴紧。

在图1所示的实施例中，位移传感器2、数据采集板卡3和工控机5之间可采用数据线的方式连接，该实施例适用于对主轴承浮动性能进行短期监测。

在其他实施例中，所述位移传感器可通过无线的方式与数据处理模块通信连接，所述数据处理模块包括风机主控系统和远程工作平台，所述位移传感器将采集到的电压信号并入所述风机主控系统，所述风机主控系统用于根据所述位移传感器的测量信号获得所述主轴承的轴向位移数据，并通过风机环网将位移信号传输至所述远程工作平台；所述远程工作平台用于对所述主轴承的轴向位移进行分析，评估所述主轴承浮动性能。在本实施例中，通过风机主控系统和远程工作平台作为数据处理模块可实现对主轴承浮动性能的长期实时监测。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种主轴承浮动性能监测方法，采用如上文任一实施例所述的主轴承浮动性能监测系统实现，包括以下步骤：

S1、所述位移传感器对所述主轴承的轴向位移进行测量，并将测量信号传输给所述数据处理模块；

所述位移传感器预先安装在主轴承端面上，优选安装在前主轴承后端面上。具体安装方式可参见上文描述。在风机运行时，主轴承随主轴轴向浮动，所述位移传感器随着主轴承一起轴向浮动，用以测量主轴承的轴向位移。数据处理装置与所述位移传感器通信连接，用于接收所述位移传感器的测量信号。

S2、所述数据处理模块对所述测量信号进行处理，获得所述主轴承的轴向位移数据，实现对所述主轴承浮动性能的监测。

所述数据处理模块将所述测量信号转换为位移数据，对所述位移数据进行分析，以评估所述主轴承浮动性能，实现对所述主轴承浮动性能的监测。

进一步的，为便于进行对监测到的所述主轴承的轴向位移数据进行数据分析，还可以预先对多台正常运行的风力发电机组的主轴承进行浮动性能检测，并根据检测数据构建主轴承浮动性能数据库。

由此，本发明还可以包括步骤S3、将所述主轴承的轴向位移数据与预先构建的主轴承浮动性能数据库进行对比，判断所述主轴承的浮动性能是否丧失或减弱。

所述主轴承浮动性能数据库中包含的是正常运行的风机的主轴承浮动性能数据，若当前检测的主轴承的轴向位移数据与所述主轴承浮动性能数据库中的数据相匹配，则表示当前主轴承的浮动性能良好，否则可判断当前主轴承浮动性能丧失。通过所述主轴承浮动性能数据库作为判断主轴承浮动性能是否丧失或减弱的依据，可提高判断结果的准确性。

本发明实施例的主轴承浮动性能监测方法，通过安装在主轴承端面的位移传感器实现对主轴承轴向位移的测量，通过数据处理模块对位移传感器的测量信号进行处理，获得所述主轴承的轴向位移，从而实现对风力发电机组的驱动链系统中主轴承的浮动性能进行监测，进而能够实现及时调整主轴承的运行状态，避免主轴承因浮动性能受到影响而影响风机稳定运行，提高风机运行质量。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种风力发电机组，该风力发电机组在现有结构的基础上，还包括如上任一实施例所述的主轴承浮动性能监测系统。

本发明实施例的风力发电机组由于配备了主轴承浮动性能监测系统，可通过安装在主轴承端面的位移传感器实现对主轴承轴向位移的测量，通过数据处理模块对位移传感器的测量信号进行处理，获得所述主轴承的轴向位移，从而实现对风力发电机组的驱动链系统中主轴承的浮动性能进行监测，进而能够实现及时调整主轴承的运行状态，避免主轴承因浮动性能受到影响而影响风机稳定运行，提高风机运行质量。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种主轴承浮动性能监测系统，其特征在于，包括：位移传感器和数据处理模块；

所述位移传感器安装于主轴承端面，用于实现所述主轴承的轴向位移的测量；

所述数据处理模块用于对所述位移传感器的测量信号进行处理，获得所述主轴承的轴向位移数据，实现对所述主轴承浮动性能的监测；

在半直驱风力发电机组中，所述位移传感器安装于前主轴承后端盖且所述位移传感器与前主轴承的外圈端面贴紧；对于已安装完成的主轴承，将前主轴承后端盖上3点和/或9点位置处的排脂管替换为开设有第一安装孔的观测盖板，通过所述第一安装孔，将所述位移传感器安装于前主轴承后端面；对于未完成后端盖安装的前主轴承，在前主轴承后端盖上开设第二安装孔，并在后端盖安装完成后，通过所述第二安装孔，将所述位移传感器安装于前主轴承后端面。

2.如权利要求1所述的主轴承浮动性能监测系统，其特征在于，在前主轴承后端盖上开设四个所述第二安装孔，通过四个所述第二安装孔，在前主轴承后端面上安装四个所述位移传感器，其中，四个所述第二安装孔分别位于前轴承后端盖上3点与6点位置之间、6点与9点位置之间、9点与12点位置之间、0点与3点位置之间。

3.如权利要求1所述的主轴承浮动性能监测系统，其特征在于，所述数据处理模块包括数据采集板卡和工控机；

所述数据采集板卡分别与所述位移传感器和所述工控机连接，用于根据所述位移传感器的测量信号获得所述主轴承的轴向位移数据，并传输给所述工控机；

所述工控机用于对所述主轴承的轴向位移数据进行分析，评估所述主轴承浮动性能。

4.如权利要求3所述的主轴承浮动性能监测系统，其特征在于，还包括工装夹具，用于对所述数据采集板卡进行固定，所述工装夹具安装于机舱踏板。

5.如权利要求1所述的主轴承浮动性能监测系统，其特征在于，所述数据处理模块包括风机主控系统和远程工作平台；

所述风机主控系统用于根据所述位移传感器的测量信号获得所述主轴承的轴向位移数据，并传输至所述远程工作平台；

所述远程工作平台用于对所述主轴承的轴向位移数据进行分析，评估所述主轴承浮动性能。

6.一种主轴承浮动性能监测方法，其特征在于，采用如权利要求1～5任一项所述的主轴承浮动性能监测系统实现，包括以下步骤：

S1、所述位移传感器对所述主轴承的轴向位移进行测量，并将测量信号传输给所述数据处理模块；

S2、所述数据处理模块对所述测量信号进行处理，获得所述主轴承的轴向位移数据，实现对所述主轴承浮动性能的监测。

7.如权利要求6所述的主轴承浮动性能监测方法，其特征在于，还包括：

将所述主轴承的轴向位移数据与预先构建的主轴承浮动性能数据库进行对比，判断所述主轴承的浮动性能是否丧失或减弱；

其中，所述主轴承浮动性能数据库根据对多台正常运行的风力发电机组的主轴承进行浮动性能检测的数据构建。

8.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述的主轴承浮动性能监测系统。

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